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【摘要】近年来，随着国家的分布式计算机技术、网络技术、传感器技术及芯片技术的迅速发展壮大，使得无线传感器网络在工农业、军事及数字化等多个领域都得到了更加广泛的应用。而水轮机组作为水电相关机构的主要发电设备，其长久稳定的运行对社会发展及民众的日常生活都有着至关重要的作用。本文将主要针对基于无线传感器网络的水轮机组机械振动监测系统展开具体的分析。
【关键词】无线传感器网络；水轮机组；机械振动监测系统
水轮机组的机械振动监测系统对于水电机构来说，是必不可缺的设备。而设备传感器系统则是近年来水轮机组振动监测系统的新型传输媒介。我国现今已有部分学者将传感器技术在许多领域进行了初步的应用，但其自身仍存在技术上的不足，所以使其在各个领域中的大规模应用受到了局限，所以相关专家应当对其性能进行更进一步的改善与强化，才能让其更好的发挥自身作用。
一、基于无线传感器的水轮机组振动监测系统
依据具体的运行流程，无线传感器的振动监测系统首先是要对水轮机的主要部件，例如主轴承、变速器及叶轮的振动参数进行实时的监测，并将参数传送到后台的计算机控制中心，由计算机对振动参数进行整合与分析，并作出相应的故障诊断，在一定程度上，对水轮机组的设备故障进行预测与判断。而传感器则是对部件振动进行测量并提供具体参数的媒介，只有实现监测系统与传感器的良好结合，才能保证水轮机系统的稳定运行，为大众提供稳定高质量的电力。但传统传感器自身存在的如功耗大、通信距离较短、扩展性差、电池寿命短及易受干扰等问题，却阻碍了其功能的正常发挥，而近年来推出的SunSPOT无线传感器系统却能弥补传统传感器所具有的这些不足。图1为水轮机组机械振动监测系统的网络结构图例。
水轮机振动信息监测系统可以细分为三层，第一层是无线传感器中的实时监控层，将无线传感器安置在水轮机的主轴承、叶轮及变速器等部件上，来对水轮机运转时的机械振动参数进行收集，之后借由PROFINBUS-DP总线将这些参数传送到计算机控制中心。第二层是振动参数诊断决策层，包含水电厂的数据备份中心、计算机控制中心以及管理部门的计算机。第三层是水电厂的中央控制层，借助网络中央控制计算机系统，可以对现场控制中心进行实时的访问。
（一）汇集节点以及终端节点
无线传感器的节点主要指一个SPOT单元，以SPOT单元构成的无限传感器网络主要包括两部分，基站端与目标端，基站端即是汇集节点，目标端即是终端节点。目标端主要负责收集水轮机转动部件的振动参数，并传输到基站端，基站端主要负责在接收到参数后的预处理工作，之后再借由PROFINBUS-DP网络将参数传送到现场控制计算机中心。
（二）PROFINBUS-DP网络
PROFINBUS主要是指一类针对工程自动化的现场总线标准。包含PROBUS-PA、PROBUS-DP及PROFINBUS-FMS三个子集。在这之中PROFINBUS-DP是面向现场层，主要用于分布型控制系统设备间参数高速传输的标准，其传输的速率可达到12mb/s。因为现场电磁干扰比较严重，所以应当采取光纤传输方式传输参数，以确保数据传输的精准性，延长传输距离。
（三）PROFINET以太网
PROFINET达成了工业以太网及实时以太网的统合，可以兼容多种传统的现场控制网络。在水电厂使用PROFINET以太网来建立通信的主干网，可以达到一网到底的目的。
二、基于无线传感器网络的系统设计
无线传感器的网络是由很多随机分设的无线传感器节点构成的，网络中的每一个传感器节点都是由数据处理模块、无线通信模块、电源供电模块及传感器模块所组成的。无线传感器网络的主要技术包含：时间同步技术、路由协议技术电源供电管理技术及MAC协议技术等多个方面。
（一）无线传感器网络主体结构
每一个无线传感器的节点，就是一个SunSPOT单元，节点上的传感器，可以随时对水轮机的机械振动参数进行收集，并利用无线通信模块将参数传送到上一级的节点。无线传感器网络使用了6LoWPAN及IEEE802.15.4两类无线通信协议，通信的速度可以达到250kb/s。使用大容量的锂电池进行供电，理论待机时长可以达到909d，通讯距离为500m。标准的无线传感器节点，包含传感器模块、电源供电管理模块、主控制器模块及射频接收与发射模块四个部分。在这之中电源管理模块能够防止锂电池电压的过载及过度的充放电。传感器模块可以依据需求更加方便的进行扩展。主控制器使用的是低功耗32位ARM920T，射频信号芯片使用CC2420，这款芯片合乎IEEE802.15.4标准提出的2.4GHz要求。
（二）关于通信协议
无线传感器网络使用的是6LoWPAN通信协议，此协议在WPAN的基础上，添加了IPV6所拥有的性能。6LoWPAN把IP拓展到了无线工业网络中，并从软件硬件两个层面实现电能的节省，所以其能够与wifi及以太网共同在系统控制环节中得到更加广泛的应用。无线传感器网络的通信频率是2.4GHz，在其结构当中的每个节点，都拥有专属的IEEE拓展MAC地址，ARM920T处理器则是以辨认MAC地址的方式来对节点的访问进行控制。传感器网络提供出了两类通信协议，即Radiogram协议及Radiostream协议。
结语
综上所述，对SunSPOT无线传感器网络加以利用，能够更加方便的对水轮机组的机械振动监测系统进行强化，可以使监测系统具有更加低功耗、更加安全且有跨平台性等特点，进而为水电行业提供更好的服务。
参考文献
[1]赵冬玲，申玉霞.基于无线传感器的振动监测系统设计与应用[J].计算机测量与控制，2013（09）.
[2]谢兴旺，刘好.基于SunSPOT无线传感器网络的水轮机组机械振动监测系统的研究[J].江汉大学学报（自然科学版），2013（06）.
【关键词】无线传感器网络；水轮机组；机械振动监测系统
水轮机组的机械振动监测系统对于水电机构来说，是必不可缺的设备。而设备传感器系统则是近年来水轮机组振动监测系统的新型传输媒介。我国现今已有部分学者将传感器技术在许多领域进行了初步的应用，但其自身仍存在技术上的不足，所以使其在各个领域中的大规模应用受到了局限，所以相关专家应当对其性能进行更进一步的改善与强化，才能让其更好的发挥自身作用。
一、基于无线传感器的水轮机组振动监测系统
依据具体的运行流程，无线传感器的振动监测系统首先是要对水轮机的主要部件，例如主轴承、变速器及叶轮的振动参数进行实时的监测，并将参数传送到后台的计算机控制中心，由计算机对振动参数进行整合与分析，并作出相应的故障诊断，在一定程度上，对水轮机组的设备故障进行预测与判断。而传感器则是对部件振动进行测量并提供具体参数的媒介，只有实现监测系统与传感器的良好结合，才能保证水轮机系统的稳定运行，为大众提供稳定高质量的电力。但传统传感器自身存在的如功耗大、通信距离较短、扩展性差、电池寿命短及易受干扰等问题，却阻碍了其功能的正常发挥，而近年来推出的SunSPOT无线传感器系统却能弥补传统传感器所具有的这些不足。图1为水轮机组机械振动监测系统的网络结构图例。
水轮机振动信息监测系统可以细分为三层，第一层是无线传感器中的实时监控层，将无线传感器安置在水轮机的主轴承、叶轮及变速器等部件上，来对水轮机运转时的机械振动参数进行收集，之后借由PROFINBUS-DP总线将这些参数传送到计算机控制中心。第二层是振动参数诊断决策层，包含水电厂的数据备份中心、计算机控制中心以及管理部门的计算机。第三层是水电厂的中央控制层，借助网络中央控制计算机系统，可以对现场控制中心进行实时的访问。
（一）汇集节点以及终端节点
无线传感器的节点主要指一个SPOT单元，以SPOT单元构成的无限传感器网络主要包括两部分，基站端与目标端，基站端即是汇集节点，目标端即是终端节点。目标端主要负责收集水轮机转动部件的振动参数，并传输到基站端，基站端主要负责在接收到参数后的预处理工作，之后再借由PROFINBUS-DP网络将参数传送到现场控制计算机中心。
（二）PROFINBUS-DP网络
PROFINBUS主要是指一类针对工程自动化的现场总线标准。包含PROBUS-PA、PROBUS-DP及PROFINBUS-FMS三个子集。在这之中PROFINBUS-DP是面向现场层，主要用于分布型控制系统设备间参数高速传输的标准，其传输的速率可达到12mb/s。因为现场电磁干扰比较严重，所以应当采取光纤传输方式传输参数，以确保数据传输的精准性，延长传输距离。
（三）PROFINET以太网
PROFINET达成了工业以太网及实时以太网的统合，可以兼容多种传统的现场控制网络。在水电厂使用PROFINET以太网来建立通信的主干网，可以达到一网到底的目的。
二、基于无线传感器网络的系统设计
无线传感器的网络是由很多随机分设的无线传感器节点构成的，网络中的每一个传感器节点都是由数据处理模块、无线通信模块、电源供电模块及传感器模块所组成的。无线传感器网络的主要技术包含：时间同步技术、路由协议技术电源供电管理技术及MAC协议技术等多个方面。
（一）无线传感器网络主体结构
每一个无线传感器的节点，就是一个SunSPOT单元，节点上的传感器，可以随时对水轮机的机械振动参数进行收集，并利用无线通信模块将参数传送到上一级的节点。无线传感器网络使用了6LoWPAN及IEEE802.15.4两类无线通信协议，通信的速度可以达到250kb/s。使用大容量的锂电池进行供电，理论待机时长可以达到909d，通讯距离为500m。标准的无线传感器节点，包含传感器模块、电源供电管理模块、主控制器模块及射频接收与发射模块四个部分。在这之中电源管理模块能够防止锂电池电压的过载及过度的充放电。传感器模块可以依据需求更加方便的进行扩展。主控制器使用的是低功耗32位ARM920T，射频信号芯片使用CC2420，这款芯片合乎IEEE802.15.4标准提出的2.4GHz要求。
（二）关于通信协议
无线传感器网络使用的是6LoWPAN通信协议，此协议在WPAN的基础上，添加了IPV6所拥有的性能。6LoWPAN把IP拓展到了无线工业网络中，并从软件硬件两个层面实现电能的节省，所以其能够与wifi及以太网共同在系统控制环节中得到更加广泛的应用。无线传感器网络的通信频率是2.4GHz，在其结构当中的每个节点，都拥有专属的IEEE拓展MAC地址，ARM920T处理器则是以辨认MAC地址的方式来对节点的访问进行控制。传感器网络提供出了两类通信协议，即Radiogram协议及Radiostream协议。
结语
综上所述，对SunSPOT无线传感器网络加以利用，能够更加方便的对水轮机组的机械振动监测系统进行强化，可以使监测系统具有更加低功耗、更加安全且有跨平台性等特点，进而为水电行业提供更好的服务。
参考文献
[1]赵冬玲，申玉霞.基于无线传感器的振动监测系统设计与应用[J].计算机测量与控制，2013（09）.
[2]谢兴旺，刘好.基于SunSPOT无线传感器网络的水轮机组机械振动监测系统的研究[J].江汉大学学报（自然科学版），2013（06）.